基于Lagrange显式算法的井壁侧钻过程动态破碎规律

杨勇¹，邵兵²，王风锐¹，闫相祯²，倪元勇¹，崔树清¹，杨益涵³

1. 中国石油华北油田公司2. 中国石油大学(华东)油气CAE技术研究中心3. 中国石油海洋工程有限公司工程设计院

摘 要：在煤层气多分支水平井裸眼悬空侧钻过程中,理解并掌握井眼连接段在地应力及钻具作用下的破碎及稳定机理对指导钻井过程尤为重要。结合Z1井岩芯样品的三轴抗压实验数据,运用Lagrange显式算法建立钻头-井壁-钻井液相互作用的瞬态显式有限元模型。采用DruckerPrager准则对裸眼悬空侧钻过程进行动态仿真模拟,研究钻头旋转冲击破岩过程中非线性动力作用及螺杆钻具接触对分支井眼形成过程的影响。将侧钻破岩至井眼形成阶段定义为"刻蚀过程",并细分为初、中、末3个阶段。通过大规模并行仿真计算,得到3个刻蚀阶段的井壁岩石的应力波动、破碎状态及刻蚀成井的钻压控制条件等参数;研究了"刻蚀过程"中井壁在地应力、钻具、钻井液等多种因素影响下的破碎规律,揭示了侧钻形成分支井眼过程中井壁的破碎机理。

关键词：煤层气;多分支水平井;悬空侧钻;刻蚀过程;岩石破碎;Lagrange显式算法;